JP2014156982A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】含水物をボイラ燃料として使用する際のボイラ効率の向上を図るボイラ装置を提供する。
【解決手段】含水物６を乾燥させる含水物乾燥システム５と、火炉の炉壁に設けられ乾燥された前記含水物を燃料とするバーナ３とを具備するボイラ装置であって、前記含水物乾燥システムは、含水物を乾燥させる乾燥装置１２と、乾燥により前記含水物から生じた蒸気２３中の前記含水物の粉末を分離捕集して除去する集塵装置１５と、前記含水物の粉末が除去された前記蒸気を昇圧して過熱蒸気とする昇圧手段２８と、前記蒸気の一部を抽出して流動媒体１９として前記乾燥装置に供給し、前記含水物を液状化させる流動媒体供給手段２１，２５，２６と、前記過熱蒸気を熱源とし前記含水物を乾燥させる加熱手段３１とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、含水物、特にボイラ効率の向上の為に多量の水分を含有する褐炭等の低品位炭を予乾燥させるボイラ装置に関するものである。

近年、ボイラの燃料として、高水分含有のバイオマスや、高水分含有の褐炭等の低品位炭等の含水物を用いることが求められている。

然し乍ら、含水物をボイラの燃料として用いる場合、火炉内に持込まれる水分量が多い為、含水物から蒸発した水蒸気により火炉内の温度が低下し、ボイラの効率が低下するという問題がある。

この為、含水物をボイラの燃料として用いる場合には、ハンマーミル等の粉砕機と火炉との間に含水物の乾燥装置を設け、該乾燥装置により予め含水物を乾燥して水分を除去した後に火炉へと供給する必要がある。

尚、特許文献１には、低品位炭乾燥装置が過熱蒸気の潜熱により間接的に低品位炭を乾燥し、乾燥により発生した蒸気から集塵装置により微粒子を除去した後に、少なくとも２段の圧縮機を有する多段圧縮機により前記蒸気を昇圧させて過熱蒸気とする構成が開示され、前記多段圧縮機の段の間の圧縮途中の蒸気に対して、前記過熱蒸気から潜熱が回収されることで凝縮した凝縮水を低温水として噴霧する低品位炭乾燥システムが開示されている。

特開２０１１−２１４８１２号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、含水物をボイラ燃料として使用する際のボイラ効率の向上を図るボイラ装置を提供するものである。

本発明は、含水物を乾燥させる含水物乾燥システムと、火炉の炉壁に設けられ乾燥された前記含水物を燃料とするバーナとを具備するボイラ装置であって、前記含水物乾燥システムは、含水物を乾燥させる乾燥装置と、乾燥により前記含水物から生じた蒸気中の前記含水物の粉末を分離捕集して除去する集塵装置と、前記含水物の粉末が除去された前記蒸気を昇圧して過熱蒸気とする昇圧手段と、前記蒸気の一部を抽出して流動媒体として前記乾燥装置に供給し、前記含水物を液状化させる流動媒体供給手段と、前記過熱蒸気を熱源とし前記含水物を乾燥させる加熱手段とを具備するボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記昇圧手段は、前記ボイラ装置で発生した蒸気の一部を抽出し、抽出した蒸気を駆動源とするボイラ装置に係るものである。

更に又本発明は、前記乾燥装置は、前記含水物が貯溜される乾燥室と、該乾燥室の一端部より前記含水物を供給する含水物供給手段と、前記乾燥室の他端部より乾燥された前記含水物を排出する排出手段と、前記乾燥室に設けられた前記加熱手段と、加熱により前記含水物から生じた蒸気を排気する排気手段と、前記乾燥室を複数の乾燥分室に分割し、該乾燥分室が下部と上部とで交互に連通される様に設けた複数の分割壁と、前記乾燥室の底板より流動媒体を噴出する前記流動媒体供給手段とを具備し、前記流動媒体により液状化した前記含水物が各乾燥分室間を前記分割壁の下端又は上端で反転しながら流動する様構成されたボイラ装置に係るものである。

本発明によれば、含水物を乾燥させる含水物乾燥システムと、火炉の炉壁に設けられ乾燥された前記含水物を燃料とするバーナとを具備するボイラ装置であって、前記含水物乾燥システムは、含水物を乾燥させる乾燥装置と、乾燥により前記含水物から生じた蒸気中の前記含水物の粉末を分離捕集して除去する集塵装置と、前記含水物の粉末が除去された前記蒸気を昇圧して過熱蒸気とする昇圧手段と、前記蒸気の一部を抽出して流動媒体として前記乾燥装置に供給し、前記含水物を液状化させる流動媒体供給手段と、前記過熱蒸気を熱源とし前記含水物を乾燥させる加熱手段とを具備するので、前記火炉内に多量の水分が持込まれた際の水蒸気による該火炉内の温度低下を抑制でき、ボイラ効率の向上を図ることができると共に、乾燥の過程で生じた熱を熱源とすることで熱を有効活用することができ、前記含水物の乾燥効率を向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る含水物乾燥システムが適用されるボイラ装置を示す概略図である。 本発明の実施例に係る含水物乾燥システムを示す概略図である。 本発明の実施例に係る含水物乾燥システムに適用される乾燥装置を示す概略図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る含水物乾燥システムが適用されるボイラ装置１について説明する。

図１中、２は該ボイラ装置１の火炉を示し、３は該火炉２の炉壁に設けられたバーナ３を示している。前記火炉２の炉壁には、炉内からの輻射熱を吸収する伝熱管（図示せず）が設けられ、又前記火炉２の上方には、発生した蒸気を過熱する為のスーパヒータ（過熱蒸気発生器）４が設けられている。

又、図１中、５はバイオマスや低品位炭等の含水物、例えば褐炭を乾燥させる含水物乾燥システムを示しており、水分を含有する褐炭６が前記含水物乾燥システム５に供給されると、該含水物乾燥システム５にて前記褐炭６の乾燥が行われ、乾燥褐炭７として前記バーナ３に供給される。

該バーナ３に前記乾燥褐炭７が供給されることで、前記バーナ３にて前記乾燥褐炭７が燃焼され、前記火炉２内に火炎が形成される。燃焼により生じた燃焼排ガス８は、前記火炉２内を加熱し、又前記スーパヒータ４と熱交換をしつつ、煙道９を介して排気される様になっている。

次に、図２に於いて、前記含水物乾燥システム５について説明する。

図２中、１１は前記褐炭６を所定の粒径、例えば２ｍｍ以下に粉砕するハンマーミル等の粉砕機を示し、１２は粉砕された前記褐炭６を乾燥させる乾燥室１０が内部に形成された乾燥装置を示している。

前記乾燥室１０の側壁の上部に褐炭供給ライン１３が接続され、該褐炭供給ライン１３の途中には前記粉砕機１１が設けられ、該粉砕機１１には前記褐炭供給ライン１３を介して後述する褐炭ホッパ３６が接続される。該褐炭ホッパ３６、前記粉砕機１１、前記褐炭供給ライン１３は含水物供給手段を構成する。

前記乾燥室１０の天板には、排気手段である排気ライン１４を介して集塵装置１５が接続され、前記乾燥室１０の他の側壁の下部には排出手段である褐炭排出ライン１６が接続され、該褐炭排出ライン１６は前記バーナ３に接続されている。又、前記褐炭排出ライン１６には前記乾燥褐炭７を冷却する為の熱交換器１７が設けられている。

又、前記乾燥室１０の底板１８には、図示しない孔を介して流動媒体、例えばバブリング蒸気１９を導入する為の流動媒体供給管２１が多数設けられ、前記粉砕機１１より供給され堆積した前記褐炭６に対して前記バブリング蒸気１９を供給することで、褐炭粉が蒸気によって浮遊され、擬液状体となり、擬液状体によって前記乾燥室１０内に流動層２２が形成される。

前記集塵装置１５は、前記褐炭６より蒸発した蒸気２３中から前記褐炭６の粉末を捕集分離する機能を有している。前記集塵装置１５には粉末排出ライン２４が接続され、該粉末排出ライン２４は前記褐炭排出ライン１６に合流する。捕集した粉末は、前記粉末排出ライン２４を介して前記褐炭排出ライン１６へと送られ、更に該褐炭排出ライン１６を介して前記熱交換器１７へと送られる。

前記集塵装置１５には蒸気循環ライン２５が接続され、該蒸気循環ライン２５は前記流動媒体供給管２１に接続され、前記蒸気循環ライン２５の途中にはブロア２６が設けられている。前記集塵装置１５により前記褐炭６の粉末が除去された前記蒸気２３の一部は、前記ブロア２６により前記バブリング蒸気１９として前記流動媒体供給管２１に送給される様になっている。尚、前記流動媒体供給管２１、前記蒸気循環ライン２５、前記ブロア２６により流動媒体供給手段が構成される。

又、前記蒸気循環ライン２５は、前記集塵装置１５と前記ブロア２６との間で、過熱蒸気導入ライン２７に分岐している。該過熱蒸気導入ライン２７には昇圧手段、例えば蒸気駆動のコンプレッサ２８が設けられており、図示しないボイラのタービンより蒸気の一部が抽出され、駆動蒸気導入ライン２９を介して駆動蒸気として導入される様になっている。前記コンプレッサ２８が駆動蒸気を動力源として駆動され、前記蒸気循環ライン２５から吸入された前記蒸気２３が昇圧昇温される。

前記過熱蒸気導入ライン２７の下流端は、前記流動層２２中に多数設けられた加熱手段である伝熱管３１（図２中では１つのみ図示）の一端が接続されている。該伝熱管３１内には、前記コンプレッサ２８により昇圧昇温され、高温高圧となった過熱蒸気が流通する様になっている。

前記伝熱管３１の他端には、排水管３２が接続されている。過熱蒸気が前記伝熱管３１内を流通し、前記流動層２２中の前記褐炭６と熱交換されることで凝縮し、凝縮潜熱を放出する。凝縮した凝縮水は、排水管３２から排出される。尚、該排水管３２は図示しない復水器等のコンデンサに接続され、凝縮水はボイラに戻される。

又、前記蒸気循環ライン２５と前記過熱蒸気導入ライン２７には、二股に分岐した起動蒸気導入ライン３３がそれぞれ接続されている。該起動蒸気導入ライン３３は、稼働中の他のボイラのタービンより蒸気の一部を抽出可能であり、抽出した蒸気の一部を前記バブリング蒸気１９として前記蒸気循環ライン２５に供給すると共に、抽出した蒸気の残りを過熱蒸気として前記過熱蒸気導入ライン２７に供給する様になっている。

又、前記蒸気循環ライン２５に接続されたバブリング蒸気側起動蒸気導入ライン３３ａと、前記過熱蒸気導入ライン２７に接続された過熱蒸気側起動蒸気導入ライン３３ｂにはそれぞれバルブ３４，３５が設けられており、前記蒸気循環ライン２５と前記過熱蒸気導入ライン２７に対する蒸気の供給、停止を個別に制御できる様になっている。

次に、図３に於いて、前記乾燥装置１２の詳細について説明する。尚、図３中、前記伝熱管３１は前記流動層２２の上部にのみ設けられているが、該流動層２２の中部、下部も同様に前記伝熱管３１が設けられているものとする。

図３中、３６は前記粉砕機１１（図２参照）により粉砕された前記褐炭６を貯溜する褐炭ホッパを示し、該褐炭ホッパ３６より前記褐炭供給ライン１３を介して前記乾燥室１０に前記褐炭６が供給される様になっている。尚、前記褐炭供給ライン１３の前記乾燥室１０に対する開口位置は、前記褐炭排出ライン１６の前記乾燥室１０に対する開口位置よりも上方に位置している。又、前記褐炭供給ライン１３の開口位置と前記褐炭排出ライン１６の開口位置との高低差は、バブリングにより液状化した前記褐炭６の流動性、前記乾燥装置１２が持つ乾燥処理能力によって適宜決定する。

又、前記乾燥室１０内には、該乾燥室１０を複数の乾燥分室に分割する為に設けられた複数の分割壁、例えば第１分割壁３７、第２分割壁３８、第３分割壁３９の３枚の分割壁が設けられている。

前記第１分割壁３７は上端が前記流動層２２の表面より上方に突出し、下端と前記乾燥室１０の前記底板１８との間には所定の間隔を有する間隙４１が形成されている。又、前記第２分割壁３８は前記乾燥室１０の底板１８より上方に突出して設けられ、上端は前記流動層２２の表面よりも所定距離下がった下方に位置している。更に、前記第３分割壁３９は上端が前記流動層２２の表面より上方に突出し、下端と前記乾燥室１０の前記底板１８との間には所定の間隔を有する間隙４２が形成されている。尚、前記間隙４１、前記間隙４２の間隔は、前記流動層２２の流動性に応じて適宜選択される。

前記第１分割壁３７と前記乾燥装置１２の前記褐炭供給ライン１３側の側壁との間に第１乾燥分室４３が形成され、前記第１分割壁３７と前記第２分割壁３８との間に第２乾燥分室４４が形成され、前記第２分割壁３８と前記第３分割壁３９との間に第３乾燥分室４５が形成され、前記第３分割壁３９と前記乾燥装置１２の前記褐炭排出ライン１６側の側壁との間に第４乾燥分室４６が形成されている。

前記褐炭供給ライン１３から供給された前記褐炭６は液状化され、前記褐炭排出ライン１６から排出される迄の間に、前記第１乾燥分室４３〜前記第４乾燥分室４６内を上下に蛇行して流動し、乾燥される様になっている。又、前記第１乾燥分室４３〜前記第４乾燥分室４６を蛇行することで、流路長が長くなり前記褐炭６と前記伝熱管３１との接触時間が長くなり、乾燥が促進される。

次に、本実施例に係る前記含水物乾燥システム５による前記褐炭６の乾燥について更に説明する。

先ず、未粉砕の該褐炭６が前記粉砕機１１に投入され、該粉砕機１１にて粒径が２ｍｍ以下となる様粉砕される。該粉砕機１１により粉砕された前記褐炭６が、前記褐炭ホッパ３６により貯溜された後、前記褐炭６が前記褐炭供給ライン１３を介して前記乾燥装置１２に投入される。

該乾燥装置１２に供給された前記褐炭６は、前記第１乾燥分室４３に堆積し、堆積した前記褐炭６に前記流動媒体供給管２１を介して前記バブリング蒸気１９が供給されることで液状化され、流動性を有する前記褐炭６の前記流動層２２が形成される。尚、前記含水物乾燥システム５の起動時に於いては、図示しない稼働中の他のボイラのタービンより、前記起動蒸気導入ライン３３を介して蒸気が抽出される様になっており、前記バルブ３４を開放することで、該起動蒸気導入ライン３３を流通する蒸気の一部が前記バブリング蒸気側起動蒸気導入ライン３３ａを介して前記バブリング蒸気１９として前記流動媒体供給管２１に供給される。

又、上記処理と並行して、前記バルブ３５を開放することで、前記起動蒸気導入ライン３３を流通する蒸気の残りが、前記過熱蒸気側起動蒸気導入ライン３３ｂを介して前記過熱蒸気導入ライン２７に導入され、前記コンプレッサ２８により昇圧昇温された過熱蒸気に合流され、該過熱蒸気が前記伝熱管３１内を流通する。

前記流動層２２は、前記第１乾燥分室４３内を下方に向って流動し、前記間隙４１を潜り抜けて前記第２乾燥分室４４内へと流動する。この時、投入された前記褐炭６は、多量の水分を含有している為、前記褐炭６は自重により流下し、前記第１乾燥分室４３内に留まることなく流下し、下部の前記褐炭６は上部からの圧力で前記間隙４１より前記第２乾燥分室４４内へと押出される。前記褐炭６は前記第１乾燥分室４３から前記第２乾燥分室４４へと流動する過程で前記伝熱管３１と接触し、該伝熱管３１内を流通する過熱蒸気との熱交換により加熱され、乾燥される。

又、前記流動層２２の流動性に応じて前記間隙４１の間隔が設定されていることから、前記褐炭６が前記第１分割壁３７を乗越えて前記第２乾燥分室４４へと移動しない様になっている。又、前記第１分割壁３７を乗越えて前記第２乾燥分室４４へと移動しない様に前記褐炭ホッパ３６からの前記褐炭６の供給量を調整する。

前記第２乾燥分室４４へと流動した前記褐炭６は、前記第２乾燥分室４４で反転して下方から上方に向って流動し、前記第２分割壁３８を乗越えて前記第３乾燥分室４５へと流動する。この時、前記第１乾燥分室４３での熱交換により、前記褐炭６が乾燥されて前記流動層２２の流動性が増しており、前記第１乾燥分室４３側からの圧力で前記褐炭６は逆流することなく円滑に前記第３乾燥分室４５へと流動する。又、前記第２乾燥分室４４に於いても、前記褐炭６が前記第３乾燥分室４５へと流動する過程で、前記伝熱管３１内を流通する過熱蒸気により加熱され、乾燥される。

前記第３乾燥分室４５へと流動した前記褐炭６は、前記伝熱管３１内を流通する過熱蒸気により更に加熱され、乾燥されつつ前記第３乾燥分室４５で反転して下方に向って流動し、前記間隙４２を通過して前記第４乾燥分室４６内へと流動する。

前記第４乾燥分室４６へと流動した前記褐炭６は、前記伝熱管３１内を流通する過熱蒸気により最終的に加熱され、乾燥されつつ前記第４乾燥分室４６で反転して上方に向って流動し、粉状の前記乾燥褐炭７として前記褐炭排出ライン１６より排出される。

又、前記褐炭６が前記第１乾燥分室４３〜前記第４乾燥分室４６を反転しながら流動し、乾燥される過程で生じた前記蒸気２３は、前記排気ライン１４を介して前記乾燥室１０外へと排気され、前記集塵装置１５へと送給される。

該集塵装置１５は、前記蒸気２３中から前記褐炭６の粉末を分離捕集し、該褐炭６の粉末を前記粉末排出ライン２４を介して前記褐炭排出ライン１６へと送給すると共に、前記褐炭６の粉末が取除かれた前記蒸気２３を前記蒸気循環ライン２５へと導入する。

該蒸気循環ライン２５を流通する前記蒸気２３のうち、一部は前記ブロア２６により、前記バブリング蒸気１９として前記流動媒体供給管２１に送給される。尚、前記蒸気２３が前記バブリング蒸気１９として前記流動媒体供給管２１に供給される様になった段階で、前記バルブ３４を閉め、前記起動蒸気導入ライン３３から導入された蒸気の供給が停止される。

又、前記蒸気循環ライン２５を流通する前記蒸気２３の残りは、前記駆動蒸気導入ライン２９からの駆動蒸気で駆動される前記コンプレッサ２８により、前記過熱蒸気導入ライン２７へと吸入されると共に昇圧昇温され、過熱蒸気として前記伝熱管３１へと導入される。尚、前記蒸気２３が前記コンプレッサ２８により過熱蒸気として前記伝熱管３１へと導入される様になった段階で、前記バルブ３５を閉め、前記起動蒸気導入ライン３３から導入された蒸気の供給が停止される。

過熱蒸気は、前記伝熱管３１を流通する過程で前記流動層２２の前記褐炭６との熱交換が行われ、凝縮潜熱が回収されることで相変化して凝縮水となり、前記排水管３２を介して図示しない復水器等のコンデンサへと送られる。

又、前記乾燥室１０より排出された前記乾燥褐炭７、及び前記集塵装置１５により分離捕集された前記褐炭６の粉末は、前記熱交換器１７にて熱が回収され、冷却された後に前記バーナ３へと送られ、該バーナ３により前記乾燥褐炭７が燃焼される。

該乾燥褐炭７により生じた前記燃焼排ガス８は、前記煙道９を介して排気され、図示しないガスタービンを駆動させる。又、前記燃焼排ガス８から熱を回収する際に生じた蒸気の一部が、前記駆動蒸気導入ライン２９を介して前記コンプレッサ２８に導入され、該コンプレッサ２８を駆動する。

上述の様に、本実施例では、含水物である前記褐炭６を燃焼させる際に、前記粉砕機１１により粉砕された前記褐炭６を前記乾燥装置１２にて乾燥させ、前記乾燥褐炭７として前記バーナ３に供給し、燃焼させる様にしているので、前記火炉２内に多量の水分が持込まれるのを防止することができ、該火炉２内で蒸発した水蒸気による該火炉２内の温度の低下を抑制し、ボイラ効率を向上させることができる。

又、本実施例では、前記褐炭６を乾燥させた際に生じた前記蒸気２３を前記コンプレッサ２８により昇圧昇温させて過熱蒸気とし、該過熱蒸気を前記褐炭６の乾燥の為の熱源としているので、乾燥の過程で生じた熱を有効に利用することができ、前記褐炭６の乾燥効率を向上させることができる。

又、本実施例では、蒸気を過熱蒸気とする為の昇圧手段である前記コンプレッサ２８を蒸気駆動とし、前記燃焼排ガス８から熱回収した際に生じた蒸気の一部により前記コンプレッサ２８を駆動させる様にしているので、該コンプレッサ２８を駆動させる為の電気系統等が不要となり、システムを簡略化することができる。

尚、本実施例に於いては、昇圧手段として蒸気駆動の前記コンプレッサ２８を使用しているが、例えば前記駆動蒸気導入ライン２９からの駆動蒸気を駆動媒体とし、前記蒸気２３を吸入するエジェクタを昇圧手段として用いてもよい。機械駆動部を有さないエジェクタを昇圧手段として用いることで、故障率が著しく低減し、コストの低減が図れると共に、昇圧手段に対する保守作業が不要となり、前記含水物乾燥システム５の信頼性を向上させることができる。

又、昇圧手段としては電気駆動のコンプレッサを用いてもよい。

尚、本実施例に於いては、前記含水物乾燥システム５により前記褐炭６を乾燥させる場合について説明しているが、バイオマス等他の含水物を前記ボイラ装置１の燃料とする場合にも、本実施例の前記含水物乾燥システム５が適用可能であるのは言う迄もない。

１ ボイラ装置
２ 火炉
３ バーナ
５ 含水物乾燥システム
６ 褐炭（含水物）
７ 乾燥褐炭
８ 燃焼排ガス
１０ 乾燥室
１２ 乾燥装置
１３ 褐炭供給ライン
１４ 排気ライン
１５ 集塵装置
１６ 褐炭排出ライン
１９ バブリング蒸気（流動媒体）
２１ 流動媒体供給管
２２ 流動層
２３ 蒸気
２５ 蒸気循環ライン
２６ ブロア
２７ 過熱蒸気導入ライン
２８ コンプレッサ（昇圧手段）
２９ 駆動蒸気導入ライン
３１ 伝熱管（加熱手段）
３２ 排水管
３３ 起動蒸気導入ライン
３７ 第１分割壁
３８ 第２分割壁
３９ 第３分割壁
４３ 第１乾燥分室
４４ 第２乾燥分室
４５ 第３乾燥分室
４６ 第４乾燥分室

Claims (3)

1. 含水物を乾燥させる含水物乾燥システムと、火炉の炉壁に設けられ乾燥された前記含水物を燃料とするバーナとを具備するボイラ装置であって、前記含水物乾燥システムは、含水物を乾燥させる乾燥装置と、乾燥により前記含水物から生じた蒸気中の前記含水物の粉末を分離捕集して除去する集塵装置と、前記含水物の粉末が除去された前記蒸気を昇圧して過熱蒸気とする昇圧手段と、前記蒸気の一部を抽出して流動媒体として前記乾燥装置に供給し、前記含水物を液状化させる流動媒体供給手段と、前記過熱蒸気を熱源とし前記含水物を乾燥させる加熱手段とを具備することを特徴とするボイラ装置。
2. 前記昇圧手段は、前記ボイラ装置で発生した蒸気の一部を抽出し、抽出した蒸気を駆動源とする請求項１のボイラ装置。
3. 前記乾燥装置は、前記含水物が貯溜される乾燥室と、該乾燥室の一端部より前記含水物を供給する含水物供給手段と、前記乾燥室の他端部より乾燥された前記含水物を排出する排出手段と、前記乾燥室に設けられた前記加熱手段と、加熱により前記含水物から生じた蒸気を排気する排気手段と、前記乾燥室を複数の乾燥分室に分割し、該乾燥分室が下部と上部とで交互に連通される様に設けた複数の分割壁と、前記乾燥室の底板より流動媒体を噴出する前記流動媒体供給手段とを具備し、前記流動媒体により液状化した前記含水物が各乾燥分室間を前記分割壁の下端又は上端で反転しながら流動する様構成された請求項１又は請求項２のボイラ装置。

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